学案11 杂化轨道理论
1.用杂化轨道理论解释CH4分子的形成过程。
答案 碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来，形成能量相 等、成分相同的4个sp3杂化轨道，然后4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点，碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道形成4个相同的σ键，从而形成CH4分子。由于4个C—H键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键角是109°28′。
2.为了满足生成BF3和BeCl2的要求，B和Be原子的价电子排布应如何改变？用轨道式表示B、Be原子的价电子结构的改变。 答案 B原子的电子层结构为1s22s22p1x，当硼与氟反应时，硼原子的一个2s电子激发到一
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个空的2p轨道中，使硼原子的电子层结构为1s22s12p1x2py。Be原子的电子结构是1s2s，在
激
发态下，Be的一个2s电子可以进入2p轨道，使Be原子的电子结构为1s22s12p1。
3．写出下列分子的路易斯结构式。 (1)H2O2 (2)NH3 (3)H2S (4)HSCN
答案
4．指出下列化合物可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何构型： (1)BeH2；(2)BBr3；(3)SiH4；(4)PH3。
答案 (1)sp杂化 直线形 (2) sp2杂化 平面三角形
(3) sp3杂化 正四面体形 (4) sp3杂化 三角锥形
5．如下图，请用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。
乙烯和乙炔的结构示意图
答案 在乙烯分子中C原子由一个s轨道和两个p轨道进行杂化，组成三个等同的sp2
杂化轨道，sp2轨道彼此成120°。乙烯中两个碳原子各用一个sp2轨道重叠形成一个C—C σ键外，各又以两个sp2轨道和四个氢原子的1s轨道重叠，形成四个σ键，这样形成的五个σ键在同一平面上；每个C原子还剩下一个py轨道，它们垂直于这五个σ键所在平面，且互相平行，它们侧面重叠，形成一个π键。在乙炔分子中碳原子由一个2s轨道和一个2p轨道组成两个sp杂化轨道，两个sp杂化轨道夹角为180°。在乙炔分子中，两个碳原子各以一个sp轨道互相重叠，形成一个C—C σ键，每一个碳原子又各以一个sp轨道分别与一个氢原子形成σ键；此外每个碳原子还有两个互相垂直的未杂化的p轨道，它们与另一个碳的两个p轨道两两互相侧面重叠形成两个互相垂直的π键。
1．下列分子中划横线的原子的杂化轨道类型属于sp杂化的是( ) A．CH4 B．C2H4 C．C2H2 D．NH3 答案 C
解析 本题考查了杂化轨道理论的有关知识。CH4分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和三个2p轨道重新组合而成，属sp3杂化；C2H4分子中碳原子的杂化属sp2杂化；C2H2分子中的碳原子的原子轨道发生的是sp杂化；NH3分子中的N原子的原子轨道发生的是sp3杂化。
2．有关苯分子说法不正确的是( ) A．苯分子中C原子均以平面三角形 方式成键，形成120°的三个平面三角形 轨道，故为正六边形的碳环
B．每个碳原子还有1个未参与杂化的2p轨道，垂直碳环平面，相互交盖，形成共轭大π键
C．大π键中6个电子被6个C原子共用，故称为中心6电子大π键 D．苯分子中共有6个原子共面，6个碳碳键完全相同 答案 D
解析 苯分子中共有6个碳原子和6个氢原子共面。 3．下列物质分子中的氢原子不在同一平面上的有( )
A．C2H2 B．C2H4 C．C2H6 D．C6H6 答案 C
解析 CH≡CH中，C原子以sp杂化为直线形，共面； CH2===CH2中，C原子以sp2杂化为平面形，共面； C2H6中，C原子以sp3杂化为四面体形，不共面；
C6H6中，C原子以sp2杂化为平面形，共面。
4．下列分子中，空间结构为平面三角形的是( )
A．HgCl2 B．BF3 C．SiCl4 D．SF6 答案 B
解析 B原子以sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，所以BF3是平面三角形。 5．OF2分子的中心原子采取的杂化轨道是( )
A．sp2 B．sp C．sp3 D．无法确定 答案 C
解析 根据价层电子对互斥原理可知中心O原子的孤对电子数为2，相连的原子数为2，所以O原子的杂化方式为sp3，其杂化方式和分子的空间结构都与H2O相似。
6．下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是( )
A．CH≡CH B．CO2 C．BeCl2 D．BF3 答案 C
解析 A、B选项中的分子的C原子采用的都是sp杂化，分子的空间结构都为直线形，但是当C原子采用sp杂化时，未参与杂化的2个p轨道上各有1个单电子，用于形成π键，所以乙炔、二氧化碳分子中一定会有2个π键，而BeCl2分子中的B原子未参与杂化的2个p轨道上没有电子，所以不会形成π键，BF3分子中的B原子的杂化方式为sp2.
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7．原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子的杂化。在SO24中S原子的杂化方式为( )
A．sp B．sp2 C．sp3 D．无法判断 答案 C
－解析 在SO24中S原子的孤对电子数为0，与其相连的原子数为4，所以根据理论可
推知中心原子的杂化方式为sp3 ，空间构型为正四面体形，类似于CH4。
8．为什么CH4、NH3、H2O分子中中心原子的杂化轨道的类型都为sp3杂化，但三者的空间构型却大不相同？
答案 CH4分子中sp3，每个H原子占据四面体一个顶点，分子为正四面体形。
NH3分子中虽是sp3，三个H原子占据四面体三个顶点，一对孤对电子占据一个顶点，故N原子与三个氢原子构成三角锥形。
H2O分子中也是sp3，两个H原子占据四面体两个顶点，另两个顶点被两个孤电子对占据，故O原子与两个氢原子呈V形，即H2O分子呈V形。
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9．ClO、ClO2、ClO3、ClO4中，Cl都是按以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则ClO－－－－空间的构型是________；ClO2空间的构型是________；ClO3空间的构型是________；ClO4空间的构型是________。
答案 直线形 V形 三角锥形 正四面体
解析 ClO－的组成决定其空间构型为直线形。其他3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3，那么从离子的组成上看其空间结构依次类似于H2O、NH3、CH4(NH＋4)。
10．指出下列分子中，中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。
分子式 杂化轨道类型 分子的几何构型 PCl3 BCl3 CS2 Cl2O 答案
分子式 杂化轨道类型 分子的几何构型 3PCl3 sp 三角锥形 BCl3 sp2 平面三角形 CS2 sp 直线形 3Cl2O sp V形 解析 (1)PCl3中P原子sp3，与NH3、NCl3中的N原子相似，分子构型为三角锥形。